DE112017008044T5 - VERTICAL SUPRA-CONDUCTING CAPACITORS FOR TRANSMON-QUBITS - Google Patents

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Abstract

Ein vertikaler q-Kondensator (202, 302, 700, 1100, 1400, 1800) weist einen Graben (304, 502, 902, 1202, 1204, 1602) in einem Substrat (400) durch eine Schicht (602, 1302, 1304) von supraleitendem Material (402) auf. Ein Supraleiter wird in dem Graben (304, 502, 902, 1202, 1204, 1602) abgeschieden und bildet eine erste Dünnschicht auf einer ersten Oberfläche, eine zweite Dünnschicht auf einer zweiten Oberfläche und eine dritte Dünnschicht des Supraleiters auf einer dritten Oberfläche des Grabens (304, 502, 902, 1202, 1204, 1602). Die erste und die zweite Oberfläche sind im Wesentlichen parallel und die dritte Oberfläche in dem Graben (304, 502, 902, 1202, 1204, 1602) trennt die erste und die zweite Oberfläche. Ein Dielektrikum wird unter der dritten Dünnschicht durch Ätzen freigelegt. Eine erste Kopplung wird zwischen der ersten Dünnschicht und einem ersten Kontakt gebildet und eine zweite Kopplung wird zwischen der zweiten Dünnschicht und einem zweiten Kontakt in einer supraleitenden Quantenlogikschaltung gebildet. Die erste und die zweite Kopplung bewirken, dass die erste und die zweite Dünnschicht als vertikaler q-Kondensator (202, 302, 700, 1100, 1400, 1800) wirken, der die Integrität von Daten in der supraleitenden Quantenlogikschaltung innerhalb eines Schwellenwerts aufrechthält.A vertical q-capacitor (202, 302, 700, 1100, 1400, 1800) has a trench (304, 502, 902, 1202, 1204, 1602) in a substrate (400) through a layer (602, 1302, 1304) of superconducting material (402). A superconductor is deposited in the trench (304, 502, 902, 1202, 1204, 1602) and forms a first thin layer on a first surface, a second thin layer on a second surface and a third thin layer of the superconductor on a third surface of the trench ( 304, 502, 902, 1202, 1204, 1602). The first and second surfaces are substantially parallel and the third surface in the trench (304, 502, 902, 1202, 1204, 1602) separates the first and second surfaces. A dielectric is exposed under the third thin layer by etching. A first coupling is formed between the first thin film and a first contact and a second coupling is formed between the second thin film and a second contact in a superconducting quantum logic circuit. The first and second couplings cause the first and second thin films to act as a vertical q-capacitor (202, 302, 700, 1100, 1400, 1800) that maintains the integrity of data in the superconducting quantum logic circuit within a threshold.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Halbleitereinheit, ein Herstellungsverfahren und ein Herstellungssystem zum Verringern der Grundfläche kapazitiver Einheiten in supraleitenden Quantenlogikschaltungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Einheit, ein Verfahren und ein System für vertikale supraleitende Kondensatoren für ein Transmon-Qubit (vertikaler q-Kondensator).The present invention relates generally to a semiconductor device, a manufacturing method, and a manufacturing system for reducing the footprint of capacitive devices in superconducting quantum logic circuits. In particular, the present invention relates to a unit, a method and a system for vertical superconducting capacitors for a transmon qubit (vertical q-capacitor).

HINTERGRUNDBACKGROUND

Nachstehend bedeutet ein Präfix „Q“ oder „q“ eines Worts oder Ausdrucks, dass das Wort oder der Ausdruck im Zusammenhang des Quantencomputing steht, wenn bei der Verwendung nicht ausdrücklich anders angegeben.In the following, a prefix "Q" or "q" of a word or phrase means that the word or phrase is related to quantum computing unless specifically stated when used.

Moleküle und subatomare Partikel genügen den Gesetzen der Quantenmechanik, einem Zweig der Physik, der untersucht, wie die physische Welt auf der grundlegendsten Ebene arbeitet. Auf dieser Ebene verhalten sich Partikel auf seltsame Weise, nehmen mehr als einen Zustand gleichzeitig an und wechselwirken mit anderen Partikeln, die sehr weit entfernt sind. Bei dem Quantencomputing werden diese Quantenerscheinungen für die Informationsverarbeitung genutzt.Molecules and subatomic particles comply with the laws of quantum mechanics, a branch of physics that examines how the physical world works at the most basic level. At this level, particles behave strangely, assume more than one state at a time, and interact with other particles that are very far away. In quantum computing, these quantum phenomena are used for information processing.

Die Computer, die wir aktuell verwenden, sind als klassische Computer bekannt (hierin auch als „herkömmliche“ Computer oder herkömmliche Knoten oder „CN“ bezeichnet). Ein herkömmlicher Computer verwendet einen herkömmlichen Prozessor, der unter Verwendung von Halbleitermaterialien und -technologie hergestellt ist, einen Halbleiterspeicher und eine magnetische oder Festkörper-Speichereinheit in einer so genannten Von-Neumann-Architektur. Insbesondere sind die Prozessoren in herkömmlichen Computern binäre Prozessoren, d.h. sie arbeiten mit als 1 und 0 dargestellten Binärdaten.The computers we currently use are known as classic computers (also referred to herein as "conventional" computers or conventional nodes or "CN"). A conventional computer uses a conventional processor made using semiconductor materials and technology, a semiconductor memory, and a magnetic or solid state storage device in a so-called Von Neumann architecture. In particular, the processors in conventional computers are binary processors, i.e. they work with binary data represented as 1 and 0.

Ein Quantenprozessor (q-Prozessor) nutzt die besondere Beschaffenheit von verschränkten Qubit-Einheiten (hierin platzsparend als „Qubit“, im Plural „Qubits“, bezeichnet) für die Durchführung von Datenverarbeitungsaufgaben. In dem speziellen Bereich, in dem die Quantenmechanik wirkt, können Materiepartikel in mehrfachen Zuständen vorliegen - wie z.B. einem „Ein“-Zustand, einem „Aus“-Zustand und einem „Ein“- und „Aus“-Zustand gleichzeitig. Während die binäre Datenverarbeitung unter Verwendung von Halbleiterprozessoren auf die Verwendung von lediglich Ein- und Aus-Zuständen beschränkt ist (entsprechend 1 und 0 eines Binärcodes), nutzt ein Quantenprozessor die Quantenzustände der Materie zum Ausgeben von Signalen, die bei der Datenverarbeitung verwendbar sind.A quantum processor (q processor) uses the special nature of entangled qubit units (here space-savingly referred to as "qubit" in the plural "qubit") for performing data processing tasks. In the special area in which quantum mechanics works, matter particles can exist in multiple states - such as an "on" state, an "off" state and an "on" and "off" state at the same time. While binary data processing using semiconductor processors is limited to using only on and off states (corresponding to 1 and 0 of a binary code), a quantum processor uses the quantum states of matter to output signals that can be used in data processing.

Herkömmliche Computer codieren Information in Bits. Jedes Bit kann den Wert von 1 oder 0 annehmen. Diese 1- und 0-Werte wirken als Ein/Aus-Schalter, die letztlich die Computerfunktionen steuern. Quantencomputer stehen dagegen auf der Grundlage von Qubits, die nach den beiden Grundprinzipien der Quantenphysik arbeiten: Überlagerung und Verschränkung. Überlagerung bedeutet, dass jedes Qubit 1 und 0 gleichzeitig darstellen kann. Verschränkung bedeutet, dass Qubits in einer Überlagerung auf nichtklassische Weise miteinander korrelieren können; d.h. der Zustand des einen (1, 0 oder beides) kann von dem Zustand des anderen abhängen, und es kann über die beiden Qubits mehr Information gewonnen werden, wenn sie verschränkt sind, als wenn sie einzeln behandelt werden.Conventional computers encode information in bits. Each bit can have the value 1 or 0. These 1 and 0 values act as an on / off switch that ultimately controls the computer functions. Quantum computers, on the other hand, are based on qubits that work according to the two basic principles of quantum physics: superimposition and entanglement. Overlay means that each qubit can represent 1 and 0 at the same time. Entanglement means that qubits in an overlay can correlate in a non-classic way; i.e. the state of one (1, 0, or both) can depend on the state of the other, and more information can be obtained about the two qubits when they are entangled than when they are treated individually.

Unter Verwendung dieser beiden Prinzipien arbeiten Qubits als komplexe Informationsverarbeitungseinheiten, so dass Quantencomputer auf eine Weise arbeiten können, die das Lösen schwieriger Probleme ermöglicht, die mit herkömmlichen Computern unlösbar sind. IBM hat einen Quantenprozessor hergestellt und seine Arbeitsfähigkeit erfolgreich vorgeführt (IBM ist eine in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern eingetragene Marke der International Business Machines Corporation.)Using these two principles, qubits operate as complex information processing units, so that quantum computers can operate in a way that enables solving difficult problems that are insoluble with conventional computers. IBM has manufactured and successfully demonstrated a quantum processor (IBM is a registered trademark of International Business Machines Corporation in the United States and other countries.)

Ein supraleitendes Qubit kann einen Josephson-Kontakt enthalten. Ein Josephson-Kontakt wird gebildet, indem zwei supraleitende dünne Metallschichten durch ein nicht-supraleitendes Material getrennt werden. Wenn bewirkt wird, dass das Metall in den supraleitenden Schichten supraleitend wird - z.B. durch Verringern der Temperatur des Metalls auf eine bestimmte kryogene Temperatur - können Elektronenpaare von einer supraleitenden Schicht durch die nicht-supraleitende Schicht in die andere supraleitende Schicht tunneln. In einem supraleitenden Qubit ist der Josephson-Kontakt - der eine kleine Induktanz aufweist - mit einer oder mehreren kapazitiven Einheiten, die einen nichtlinearen Resonator bilden, elektrisch parallelgekoppelt.A superconducting qubit can contain a Josephson contact. A Josephson contact is formed by separating two superconducting thin metal layers by a non-superconducting material. If the metal in the superconducting layers is caused to become superconducting - e.g. by reducing the temperature of the metal to a certain cryogenic temperature - electron pairs can tunnel from one superconducting layer through the non-superconducting layer into the other superconducting layer. In a superconducting qubit, the Josephson contact - which has a small inductance - is electrically coupled in parallel with one or more capacitive units that form a nonlinear resonator.

Die von Qubits verarbeitete Information wird in der Form von Mikrowellenenergie in einem Bereich von Mikrowellenfrequenzen emittiert. Die Mikrowellenemissionen werden erfasst, verarbeitet und analysiert, um die darin codierte Quanteninformation zu entschlüsseln. Damit Quantencomputing von Qubits zuverlässig ist, dürfen die Quantenschaltungen, z.B. die Qubits selbst, die mit den Qubits verbundene Ausleseschaltung und andere Typen von supraleitenden Quantenlogikschaltungen die Energiezustände der Partikel oder die Mikrowellenemissionen auf keine wesentliche Weise verändern. Diese Arbeitsbeschränkung für jede Schaltung, die mit Quanteninformationen arbeitet, erfordern besondere Überlegungen für die Herstellung von Halbleiterstrukturen, die in einer derartigen Schaltung verwendet werden.The information processed by qubits is emitted in the form of microwave energy in a range of microwave frequencies. The microwave emissions are recorded, processed and analyzed in order to decode the quantum information encoded therein. In order for quantum computing of qubits to be reliable, the quantum circuits, for example the qubits themselves, the readout circuit connected to the qubits and other types of superconducting quantum logic circuits, must not significantly change the energy states of the particles or the microwave emissions. This work restriction for every circuit that comes with Quantum information works require special considerations for the manufacture of semiconductor structures that are used in such a circuit.

Ein Kondensator, der in einer supraleitenden Quantenlogikschaltung verwendet wird, insbesondere in einem Qubit - z.B. in Verbindung mit einem Josephson-Kontakt - muss dieser Arbeitsbeschränkung entsprechend hergestellt werden. Die aktuell in einem Qubit verwendete Kondensatorstruktur ist wesentlich größer bemessen als die Größe des zugehörigen Josephson-Kontakts. 1 zeigt eine skalierte Ansicht eines aktuell hergestellten Qubits. Wie zu sehen ist, wird beinahe die gesamte Fläche des Qubits 100 von der Kondensatorstruktur 102 eingenommen. Im Vergleich zu der von den Kondensatorstrukturen 102 eingenommenen Fläche nimmt der Josephson-Kontakt 104 eine vergleichsweise unwesentliche Fläche des Qubits 100 ein.A capacitor that is used in a superconducting quantum logic circuit, in particular in a qubit - for example in connection with a Josephson contact - must be manufactured in accordance with this work restriction. The capacitor structure currently used in a qubit is dimensioned much larger than the size of the associated Josephson contact. 1 shows a scaled view of a currently manufactured qubit. As can be seen, almost the entire area of the qubit 100 from the capacitor structure 102 ingested. Compared to that of the capacitor structures 102 occupied area takes the Josephson contact 104 a comparatively insignificant area of the qubit 100 a.

Die erhebliche Größe des Kondensators beschränkt die Anzahl der Qubits und anderer Quantenausleseschaltungen, die durch ein Herstellungsverfahren pro Chip hergestellt werden können. Es besteht Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung eines q-Kondensators, der eine wesentlich kleinere Fläche auf dem Chip einnimmt als der aktuell verwendete Kondensator in Quantenschaltungen, z.B. dem Qubit 100. Ein q-Kondensator ist eine Struktur einer kapazitiven Einheit, die unter Verwendung supraleitender Material(ien) hergestellt wird, wobei die kapazitive Struktur in einer supraleitenden Quantenlogikschaltung verwendbar ist, die während des Arbeitszyklus der Quantenlogikschaltung ein einzelnes Quant von Mikrowellenenergie speichert und einsetzt. Jede Absorption oder Dissipation dieser Energie, jedes spontane Hinzufügen von Energie oder Fluktuationen der Kapazität, die in dem q-Kondensator entstehen, vermindern das Leistungsvermögen der Schaltung. Es kann eine annehmbare Höchstschwelle dieser Effekte definiert werden, damit ein q-Kondensator in der Quantenlogikschaltung funktioniert. Ein q-Kondensator kann wie hierin beschrieben unter Verwendung eines oder mehrerer supraleitender Materialien auf einem Siliciumsubstrat durch ein Halbleiterherstellungsverfahren hergestellt werden.The large size of the capacitor limits the number of qubits and other quantum readout circuits that can be manufactured per chip by one manufacturing process. There is a need for a method for producing a q capacitor which takes up a significantly smaller area on the chip than the capacitor currently used in quantum circuits, for example the qubit 100 . A q-capacitor is a capacitive device structure made using superconducting material (s), the capacitive structure being usable in a superconducting quantum logic circuit that stores and uses a single quantum of microwave energy during the quantum logic circuit's duty cycle. Any absorption or dissipation of this energy, any spontaneous addition of energy or fluctuations in the capacitance that arise in the q-capacitor reduce the performance of the circuit. An acceptable maximum threshold of these effects can be defined for a q capacitor to function in the quantum logic circuit. A q capacitor can be fabricated on a silicon substrate using one or more superconducting materials as described herein by a semiconductor fabrication process.

KU RZDARSTELLU NGKU RZDARSTELLU NG

Beispiele der vorliegenden Erfindung stellen eine Halbleitereinheit und ein Verfahren und System zur Herstellung davon bereit. Eine Halbleitereinheit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen vertikalen q-Kondensator auf, der einen Graben durch eine Schicht von supraleitendem Material aufweist, wobei der Graben eine Tiefe in einem Substrat erreicht, wobei die Tiefe im Wesentlichen senkrecht zu der Fertigungsebene des Substrats ist. Ferner weist die Einheit ein supraleitendes Material auf, das in dem Graben abgeschieden ist, wobei das abgeschiedene supraleitende Material eine erste Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer ersten Oberfläche des Grabens, eine zweite Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer zweiten Oberfläche des Grabens und eine dritte Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer dritten Oberfläche des Grabens bildet, wobei die zweite Oberfläche im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche ist und die dritte Oberfläche in dem Graben die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche trennt. Die Ausführungsform weist ferner ein dielektrisches Material unter der dritten Dünnschicht auf, wobei das dielektrische Material durch Ätzen der dritten Dünnschicht freigelegt wird. Die Ausführungsform weist ferner eine erste Kopplung zwischen der ersten Dünnschicht und einem ersten Kontakt in einer supraleitenden Quantenlogikschaltung auf. Die Einheit weist ferner eine zweite Kopplung zwischen der zweiten Dünnschicht und einem zweiten Kontakt in der supraleitenden Quantenlogikschaltung auf, wobei die erste Kopplung und die zweite Kopplung bewirken, dass die erste Dünnschicht und die zweite Dünnschicht als vertikaler q-Kondensator wirken, der die Integrität von Daten in der supraleitenden Quantenlogikschaltung innerhalb eines Schwellenwerts aufrechthält. Somit stellt die Einheit einen vertikalen q-Kondensator bereit, der wesentlich weniger Raum auf einem Qubit einnimmt als ein aktuell verwendeter Kondensator.Examples of the present invention provide a semiconductor device and a method and system for making the same. A semiconductor device as an embodiment of the present invention has a vertical q-capacitor which has a trench through a layer of superconducting material, the trench reaching a depth in a substrate, the depth being substantially perpendicular to the production plane of the substrate. The device further comprises a superconducting material deposited in the trench, the deposited superconducting material having a first thin layer of the superconducting material on a first surface of the trench, a second thin layer of the superconducting material on a second surface of the trench and a third thin layer of the superconducting material on a third surface of the trench, the second surface being substantially parallel to the first surface and the third surface in the trench separating the first surface and the second surface. The embodiment further includes a dielectric material under the third thin film, the dielectric material being exposed by etching the third thin film. The embodiment also has a first coupling between the first thin film and a first contact in a superconducting quantum logic circuit. The device further includes a second coupling between the second thin film and a second contact in the superconducting quantum logic circuit, the first coupling and the second coupling causing the first thin film and the second thin film to act as a vertical q-capacitor that protects the integrity of Maintains data within the superconducting quantum logic circuit within a threshold. Thus, the unit provides a vertical q-capacitor that takes up significantly less space on a qubit than a capacitor currently in use.

Eine weitere Einheit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner einen Leerraum zwischen der ersten Oberfläche des Grabens und der zweiten Oberfläche des Grabens auf, wobei der Leerraum von Vakuum eingenommen wird, wobei die dritte Oberfläche eine Bodenfläche des Grabens ist und wobei das Vakuum einen Spalt zwischen der ersten Dünnschicht und der zweiten Dünnschicht bildet. Somit stellt die Einheit einen vertikalen q-Kondensator mit einem Einzelgraben-Vakuumspalt bereit, bei dem das Vakuum das Dielektrikum ist.Another unit as an embodiment of the present invention further has a void between the first surface of the trench and the second surface of the trench, the void being occupied by vacuum, the third surface being a bottom surface of the trench, and the vacuum being a gap between the first thin film and the second thin film. Thus, the unit provides a vertical q capacitor with a single trench vacuum gap, where the vacuum is the dielectric.

Eine weitere Einheit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner eine Struktur aus einem zweiten dielektrischen Material auf, wobei der Graben einen ersten Graben und einen zweiten Graben aufweist, wobei die Tiefe des Grabens eine erste Tiefe des ersten Grabens ist und eine zweite Tiefe des zweiten Grabens im Wesentlichen parallel zu der ersten Tiefe des ersten Grabens ist, wobei die Struktur zwischen dem ersten Graben und dem zweiten Graben gebildet ist, wobei die erste Oberfläche des Grabens eine Oberfläche des ersten Grabens, die von der Struktur gebildet wird, aufweist, wobei die zweite Oberfläche des Grabens eine Oberfläche des zweiten Grabens, die von der Struktur gebildet wird, aufweist, und wobei die dritte Oberfläche des Grabens eine Oberfläche der Struktur aufweist, die die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche trennt. Somit stellt die Einheit einen vertikalen Mehrgraben-q-Kondensator bereit.Another unit as an embodiment of the present invention further includes a structure of a second dielectric material, the trench having a first trench and a second trench, the depth of the trench being a first depth of the first trench and a second depth of the second trench is substantially parallel to the first depth of the first trench, the structure being formed between the first trench and the second trench, the first surface of the trench having a surface of the first trench formed by the structure, the second The surface of the trench has a surface of the second trench that is formed by the structure, and wherein the third surface of the trench has a surface of the structure that separates the first surface and the second surface. Thus the unit provides a vertical multi-trench q capacitor.

Bei einer weiteren Einheit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das zweite dielektrische Material der Struktur ein Material des Substrats auf. Somit stellt die Einheit einen vertikalen Mehrgraben-q-Kondensator bereit, bei dem das Dielektrikum das Substratmaterial ist.In a further unit as an embodiment of the present invention, the second dielectric material of the structure comprises a material of the substrate. Thus, the device provides a vertical multi-trench q-capacitor, in which the dielectric is the substrate material.

Eine weitere Einheit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner das zweite dielektrische Material über der Fertigungsebene des Substrats abgeschieden auf, wobei das supraleitende Material über dem zweiten dielektrischen Material abgeschieden ist, wobei die erste Tiefe und die zweite Tiefe in dem zweiten dielektrischen Material enden, ohne das Substrat zu erreichen. Somit stellt die Einheit einen vertikalen Mehrgraben-q-Kondensator bereit, bei dem das Dielektrikum ein zweites dielektrisches Material nach Wahl ist.Another unit as an embodiment of the present invention further comprises the second dielectric material deposited over the manufacturing plane of the substrate, the superconducting material being deposited over the second dielectric material, the first depth and the second depth ending in the second dielectric material without to reach the substrate. Thus, the unit provides a vertical multi-trench q capacitor, in which the dielectric is a second dielectric material of choice.

Eine weitere Einheit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner eine erste Kopplung, die unter Verwendung des supraleitenden Materials gebildet ist, zwischen der ersten Dünnschicht und dem ersten Kontakt auf. Ferner weist die Einheit eine zweite Kopplung, die unter Verwendung des supraleitenden Materials gebildet ist, zwischen der zweiten Dünnschicht und dem zweiten Kontakt auf. Somit stellt die Einheit eine Weise zum Koppeln des vertikalen q-Kondensators an die supraleitende Quantenlogikschaltung bereit.Another unit as an embodiment of the present invention further has a first coupling, which is formed using the superconducting material, between the first thin film and the first contact. Furthermore, the unit has a second coupling, which is formed using the superconducting material, between the second thin film and the second contact. Thus, the device provides a way to couple the vertical q-capacitor to the superconducting quantum logic circuit.

Eine weitere Einheit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner das supraleitende Material auf dem Substrat abgeschieden auf. Somit stellt die Einheit eine Weise zum Bilden einer supraleitenden Schicht auf dem Substrat bereit.Another unit as an embodiment of the present invention further has the superconducting material deposited on the substrate. Thus, the device provides a way to form a superconducting layer on the substrate.

Bei einer weiteren Einheit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das supraleitende Material Niob (Nb) und weist das Substrat Silicium (Si) mit hohem spezifischem Widerstand auf. Somit stellt die Einheit spezifische Materialien bereit, die bei der Herstellung des vertikalen q-Kondensators verwendbar sind.In another unit as an embodiment of the present invention, the superconducting material is niobium (Nb) and the substrate has silicon (Si) with a high specific resistance. Thus, the unit provides specific materials that can be used in the manufacture of the vertical q-capacitor.

Als weitere Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird nun ein Herstellungsverfahren zum Herstellen der Halbleitereinheit bereitgestellt.As a further aspect of the present invention, a manufacturing method for manufacturing the semiconductor unit is now provided.

Als weitere Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird nun ein Herstellungssystem zum Herstellen der Halbleitereinheit bereitgestellt.As a further aspect of the present invention, a manufacturing system for manufacturing the semiconductor unit is now provided.

FigurenlisteFigure list

Die neuen Merkmale der Erfindung werden in den anhängenden Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst und ein bevorzugter Ausführungsmodus, weitere Aufgaben und Vorteile davon werden aber am besten anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen, wobei:

  • 1 eine skalierte Ansicht eines Qubits darstellt;
  • 2 ein Schema eines q-Kondensators in einem Qubit als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 3 eine simulierte dreidimensionale Ansicht einer Struktur eines vertikalen q-Kondensators als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 4 einen Schritt eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale q-Kondensatoren als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 bis 7 Schritte eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
  • 8 bis 11 Schritte eines alternativen beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
  • 12 bis 14 Schritte eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen; und
  • 15 bis 18 Schritte eines alternativen beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
The new features of the invention are set out in the appended claims. The invention itself and a preferred mode of execution, other objects and advantages thereof, however, are best understood from the detailed description below when read in conjunction with the accompanying drawings, in which:
  • 1 a scaled view of a qubit;
  • 2nd Figure 3 shows a schematic of a q capacitor in a qubit as an embodiment of the present invention;
  • 3rd Figure 3 is a simulated three-dimensional view of a structure of a vertical q-capacitor embodying the present invention;
  • 4th Figure 1 illustrates a step of an exemplary vertical q capacitor manufacturing process as an embodiment of the present invention;
  • 5 to 7 Figure 11 illustrates steps of an exemplary vertical vacuum gap q capacitor manufacturing method as an embodiment of the present invention;
  • 8th to 11 Figure 11 illustrates steps of an alternative exemplary manufacturing method for vertical vacuum gap q capacitors as an embodiment of the present invention;
  • 12th to 14 Figure 11 illustrates steps of an exemplary vertical silicon dielectric q capacitor manufacturing process as an embodiment of the present invention; and
  • 15 to 18th Represent steps of an alternative exemplary manufacturing method for vertical silicon dielectric q capacitors as an embodiment of the present invention.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die zur Beschreibung der Erfindung verwendet werden, betreffen allgemein und lösen den oben beschriebenen Bedarf an vertikalen q-Kondensatoren und ein Herstellungsverfahren für vertikale q-Kondensatoren.The illustrative embodiments of the present invention that are used to describe the invention generally relate to the above-described need for vertical q capacitors and a manufacturing method for vertical q capacitors.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als kapazitive Einheit in einer supraleitenden Quantenlogikschaltung implementiert sein, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, als q-Kondensator, der an einen Josephson-Kontakt in einem Qubit-Chip gekoppelt ist. Ein Herstellungsverfahren für vertikale q-Kondensatoren kann wenigstens teilweise als Softwareanwendung implementiert sein. Die Anwendung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert, kann dafür gestaltet sein, in Verbindung mit einem bestehenden Halbleiterherstellungssystem - beispielsweise einem Lithographiesystem - zu arbeiten.An embodiment of the present invention can be implemented as a capacitive unit in a superconducting quantum logic circuit, including, but not limited to, a q capacitor coupled to a Josephson contact in a qubit chip. A manufacturing method for vertical q capacitors can be implemented at least partially as a software application. The application that implements an embodiment of the present invention can do this be designed to work in conjunction with an existing semiconductor manufacturing system - such as a lithography system.

Aus Gründen der Klarheit der Beschreibung, und ohne dass dies eine Beschränkung dafür bedeutet, werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer vereinfachten Darstellung des beispielhaften q-Kondensators in den Figuren beschrieben. Bei einer tatsächlichen Herstellung eines q-Kondensators können zusätzliche Strukturen, die hierin nicht gezeigt oder beschrieben werden, oder Strukturen, die von den hierin gezeigten und beschriebenen verschieden sind, vorhanden sein, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ähnlich kann innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen eine gezeigte oder beschriebene Struktur bei dem beispielhaften q-Kondensator auf eine andere Weise hergestellt werden, um eine ähnliche Wirkung oder ein ähnliches Ergebnis wie hierin beschrieben zu erhalten.For the sake of clarity of description, and without limitation, the embodiments of the present invention are described using a simplified representation of the exemplary q capacitor in the figures. In actual manufacture of a q-capacitor, additional structures not shown or described herein, or structures different from those shown and described herein, may be present without departing from the scope of the present invention. Similarly, within the scope of the illustrative embodiments, a structure shown or described can be made in the exemplary q capacitor in a different manner to obtain a similar effect or result to that described herein.

Unterschiedlich schattierte Teile der zweidimensionalen Zeichnung der Beispielstrukturen, Schichten und Gestaltungen sollen verschiedene Strukturen, Schichten, Materialien und Gestaltungen bei der wie hierin beschriebenen beispielhaften Herstellung darstellen. Die verschiedenen Strukturen, Schichten, Materialien und Gestaltungen können unter Verwendung geeigneter Materialien, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden.Different shaded parts of the two-dimensional drawing of the example structures, layers and designs are intended to represent different structures, layers, materials and designs in the example production as described herein. The various structures, layers, materials and designs can be made using suitable materials known to those skilled in the art.

Eine spezifische Form, Lage, Position oder Abmessung einer hierin dargestellten Form soll die vorliegende Erfindung nicht beschränken, sofern ein derartiges Merkmal nicht ausdrücklich als Merkmal einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. Die Form, Lage, Position, Abmessung oder eine Kombination davon werden lediglich für eine klare Darstellung in den Zeichnungen und der Beschreibung gewählt und könnten vergrößert, verkleinert oder auf andere Weise von einer tatsächlichen Form, Lage, Position oder Abmessung, die bei der tatsächlichen Photolithographie verwendet werden könnte, um eine Ziel bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erreichen, abgeändert worden sein.A specific shape, location, position, or dimension of a shape depicted herein is not intended to limit the present invention unless such a feature is expressly described as a feature of an embodiment of the present invention. The shape, location, position, dimension, or a combination thereof, are chosen for clarity of illustration in the drawings and description only, and could be enlarged, reduced, or otherwise different from the actual shape, location, position, or dimension used in actual photolithography could be used to achieve a goal in embodiments of the present invention.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewirkt bei Implementierung in einer Anwendung, dass ein Herstellungsverfahren bestimmte, wie hierin beschriebene Schritte ausführt. Die Schritte des Herstellungsverfahrens werden in mehreren Figuren dargestellt. Nicht alle Schritte müssen bei einem bestimmten Herstellungsverfahren erforderlich sein. Manche Herstellungsverfahren können die Schritte in verschiedener Reihenfolge implementieren, bestimmte Schritte kombinieren, bestimmte Schritte weglassen oder ersetzen oder manche Kombinationen dieser und anderer Manipulationen von Schritten durchführen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.An embodiment of the present invention, when implemented in an application, causes a manufacturing process to perform certain steps as described herein. The steps of the manufacturing process are shown in several figures. Not all of the steps need to be required in a particular manufacturing process. Some manufacturing methods may implement the steps in a different order, combine certain steps, omit or replace certain steps, or perform some combination of these and other manipulations of steps without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf bestimmte Typen von Materialien, elektrische Eigenschaften, Strukturen, Gestaltungen, Schichtorientierungen, Richtungen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Ebenen, Abmessungen, Anzahlen, Datenverarbeitungssysteme, Umgebungen, Komponenten und Anwendungen lediglich als Beispiele beschrieben. Alle spezifischen Ausprägungen dieser und ähnlicher Gegenstände sollen die Erfindung nicht beschränken. Jede geeignete Ausprägung dieser und anderer ähnlicher Gegenstände kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden.Preferred embodiments of the present invention are described with reference to certain types of materials, electrical properties, structures, designs, layer orientations, directions, steps, operations, levels, dimensions, numbers, data processing systems, environments, components and applications only as examples. All specific forms of these and similar objects are not intended to limit the invention. Any suitable expression of these and other similar items can be selected within the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Verwendung spezifischer Entwürfe, Architekturen, Ausführungen, Schemata und Werkzeuge lediglich als Beispiele beschrieben und sind nicht für die Erfindung beschränkend. Die beschriebenen Ausführungsformen können in Verbindung mit anderen vergleichbaren oder ähnlich gedachten Entwürfen, Architekturen, Ausführungen, Schemata und Werkzeugen verwendet werden.Preferred embodiments of the present invention are described using specific designs, architectures, designs, schemes and tools only as examples and are not limitative of the invention. The described embodiments may be used in conjunction with other comparable or similar designs, architectures, designs, schemes, and tools.

Die hierin beschriebenen Beispiele werden nur für die Klarheit der Beschreibung verwendet und sind für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend. Alle hierin aufgeführten Vorteile sind lediglich Beispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Bei spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen können zusätzliche oder andere Vorteile erhalten werden. Ferner kann eine besondere Ausführungsform manche, alle oder keinen der vorstehend aufgeführten Vorteile aufweisen.The examples described herein are used for clarity of description only and are not limiting of the present invention. All advantages listed herein are only examples and are not intended to limit the present invention. Additional or other advantages may be obtained in specific embodiments of the present invention. Furthermore, a particular embodiment may have some, all, or none of the advantages listed above.

Ein Qubit wird lediglich als eine nichtbeschränkende beispielhafte supraleitende Quantenlogikschaltung verwendet, bei der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Aus der vorliegenden Beschreibung wird der Fachmann zahlreiche andere supraleitende Quantenlogikschaltungen erdenken können, bei denen die vertikalen q-Kondensatoren der vorliegenden Erfindung verwendbar sein können und die als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden.A qubit is used only as a non-limiting exemplary superconducting quantum logic circuit in which an embodiment of the present invention can be used. From the present description, those skilled in the art will be able to devise numerous other superconducting quantum logic circuits in which the vertical q-capacitors of the present invention can be used and which are considered to be within the scope of the present invention.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines q-Kondensators, der in einem Qubit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der q-Kondensator 202 stellt einen q-Kondensator dar, der auf eine hierin beschriebene Weise hergestellt und an einen Josephson-Kontakt 104 des Qubits 200 gekoppelt ist. 2nd FIG. 3 shows a schematic representation of a q capacitor used in a qubit according to an embodiment of the present invention. The q capacitor 202 Figure 3 illustrates a q capacitor made in a manner described herein and connected to a Josephson contact 104 of qubit 200 is coupled.

3 zeigt eine simulierte dreidimensionale Ansicht einer Struktur, die in einem vertikalen q-Kondensator gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform verwendet wird. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit werden X-Y-Z-Koordinatenachsen dargestellt. Die XY-Ebene ist die Fertigungsebene des Substrats (nicht gezeigt). Ein vertikaler q-Kondensator gemäß der veranschaulichenden Ausführungsform ist ein q-Kondensator, bei dem die Platten vertikal in dem Substrat, in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht auf eine Fertigungsebene, gebildet sind. 3rd FIG. 4 shows a simulated three-dimensional view of a structure used in a vertical q-capacitor according to an illustrative embodiment. For the sake of convenience, XYZ coordinate axes are shown. The XY plane is the manufacturing plane of the substrate (not shown). A vertical q-capacitor according to the illustrative embodiment is a q-capacitor in which the plates are formed vertically in the substrate, in a direction substantially perpendicular to a manufacturing plane.

Bei dem dargestellten Beispiel ist ein Josephson-Kontakt 104 unter Verwendung dünner Aluminium(AI)-Metallschichten, die bei einer Übergangstemperatur von 1,2 Kelvin supraleitend werden, und eines geeigneten dielektrischen Materials, wie z.B. Aluminiumoxid, hergestellt. Die AI-Dünnschichten sind auf der oder im Wesentlichen parallel zu der XY-Ebene ausgerichtet und in der Z-Richtung durch das dielektrische Material voneinander getrennt.In the example shown, there is a Josephson contact 104 using thin aluminum (Al) metal layers that become superconducting at a transition temperature of 1.2 Kelvin and a suitable dielectric material such as aluminum oxide. The Al thin films are aligned on or substantially parallel to the XY plane and separated from one another in the Z direction by the dielectric material.

Der vertikale q-Kondensator 302 weist Gräben 304 auf, die in der Z-Richtung in das Substrat gegraben sind, wobei die Tiefe der Gräben unter der XY-Fertigungsebene des Josephson-Kontakts 104 liegt. Das Halbleitersubstrat nimmt den Raum ein, der die Gräben des Paars von Gräben 304 voneinander trennt. Wenn sie geeignet, wie hierin beschrieben hergestellt sind, bilden die Gräben 304 die Dünnschicht (Platte, Platten), die die Ladung des Kondensators über den Spalt zwischen den Elektroden an gegenüberliegenden Seiten der Graben-Seitenwände bei einer wie hier dargestellten Ausführungsform mit einem einzigen Graben (Vakuum-Dielektrikum) oder zwischen benachbarten Gräben, wie bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit mehreren Gräben (Siliciumdielektrikum), hält. Der vertikale q-Kondensator 302 weist ferner supraleitende Leitungen oder Verbindungen 306 zu dem Josephson-Kontakt 104 auf. Leitungen des q-Kondensators und jene des Kontakts können kapazitiv gekoppelt sein.The vertical q capacitor 302 shows trenches 304 dug into the substrate in the Z direction, with the depth of the trenches below the XY fabrication level of the Josephson junction 104 lies. The semiconductor substrate occupies the space containing the trenches of the pair of trenches 304 separates from each other. If suitable, as described herein, the trenches form 304 the thin film (plate, plates) that the charge of the capacitor across the gap between the electrodes on opposite sides of the trench side walls in an embodiment as shown here with a single trench (vacuum dielectric) or between adjacent trenches, as in one embodiment of the present invention with multiple trenches (silicon dielectric). The vertical q capacitor 302 also has superconducting lines or connections 306 to the Josephson contact 104 on. Lines of the q capacitor and those of the contact can be capacitively coupled.

Niob (Nb) ist ein beispielhaftes supraleitendes Material, das bei der Herstellung des vertikalen q-Kondensators 302 verwendet wird. Beispielsweise werden die Gräben 304 und die Leitungen 306 wie hierin beschrieben unter Verwendung von Nb hergestellt. Unter geeigneten implementierungsspezifischen Umständen kann Nb durch andere supraleitende Materialien ersetzt werden, wobei diese Ersetzungen als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden. Andere mögliche supraleitende Materialien, die unter bestimmten Umständen auf ähnliche Weise verwendet werden können, sind Titan, Titannitrid, Niobnitrid, Niobtitannitrid und Tantal.Niobium (Nb) is an exemplary superconducting material used in the manufacture of the vertical q capacitor 302 is used. For example, the trenches 304 and the lines 306 prepared as described herein using Nb. Under suitable implementation-specific circumstances, Nb can be replaced by other superconducting materials, which substitutions are considered to be within the scope of the present invention. Other possible superconducting materials that can be used similarly under certain circumstances are titanium, titanium nitride, niobium nitride, niobium titanium nitride and tantalum.

4 stellt einen Schritt eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Als Beispiel wird das Substrat 400 aus Silicium (Si) mit hohem spezifischem Widerstand gebildet. Alternativ dazu kann Saphir anstelle von Silicium mit hohem spezifischem Widerstand verwendet werden. Diese Substrattypen sind im Wesentlichen mit einem niedrigen Verlust im Mikrowellenbereich vereinbar. 4th FIG. 13 illustrates one step of an exemplary vertical q capacitor manufacturing method according to an embodiment of the present invention. As an example, the substrate 400 made of silicon (Si) with high resistivity. Alternatively, sapphire can be used in place of high resistivity silicon. These types of substrates are essentially compatible with a low loss in the microwave range.

Auf das Substrat 400 wird ein geeignetes supraleitendes Material 402, in diesem Fall Nb, geschichtet. Als nichtbeschränkendes Abscheidungsverfahren zum Aufschichten kann Sputtern eingesetzt werden.On the substrate 400 becomes a suitable superconducting material 402 , in this case Nb, layered. Sputtering can be used as a non-limiting deposition method for layering.

5 stellt einen Schritt eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Ein in einem Substrat hergestellter q-Kondensator weist zwei elektrische Feldkomponenten auf - eine von einer Platte zu einer anderen über den Spalt, der die Platten trennt, und eine von einer Platte zu einer anderen durch das darunter liegende Substrat. Diese Figur stellt eine Weise der Herstellung eines vertikalen q-Kondensators 302 dar, bei dem Vakuum zwischen den Platten als der Separator wirkt. 5 FIG. 5 illustrates one step of an exemplary manufacturing process for vertical vacuum gap q capacitors in accordance with an embodiment of the present invention. A q capacitor made in a substrate has two electrical field components - one from plate to another across the gap that separates the plates , and one from one plate to another through the underlying substrate. This figure represents a way of manufacturing a vertical q capacitor 302 where vacuum between the plates acts as the separator.

Der Graben 502 wird wie gezeigt durch supraleitendes Material 402 und das Substrat 400 gebildet. Bei einem beispielhaften Herstellungsverfahren kann der Graben 502 durch Strukturieren und Wegätzen der Materialien von dem Ort des Grabens 502 bis zu einer vorbestimmten Tiefe des Grabens 502 gebildet werden. Bei einer nichtbeschränkenden beispielhaften Implementierung kann das Strukturieren durch Photolithographie durchgeführt werden und das Ätzen kann eine Tiefätzung sein, wie z.B. eine Bosch-Ätzung (tiefe reaktive Ionenätzung). Auch ein chemisches Ätzverfahren mit KOH oder TMAH ist möglich, würde aber Opfermaterialien wie Nitride oder Oxide erfordern, deren Rückstände die Leistungsfähigkeit des Qubits beeinträchtigen können.The ditch 502 is shown by superconducting material 402 and the substrate 400 educated. In an exemplary manufacturing process, the trench can be 502 by structuring and etching away the materials from the site of the trench 502 to a predetermined depth of the trench 502 be formed. In a non-limiting example implementation, patterning can be performed by photolithography and the etching can be deep etching, such as Bosch etching (deep reactive ion etching). A chemical etching process with KOH or TMAH is also possible, but would require sacrificial materials such as nitrides or oxides, the residues of which can impair the performance of the qubit.

6 stellt einen weiteren Schritt eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Wände und der Boden des Grabens 502 werden mit supraleitendem Material 402 ausgekleidet. Beispielsweise wird unter Verwendung eines geeigneten Abscheidungsverfahrens eine Schicht 602 von supraleitendem Material 402 wie gezeigt auf die Wände und den Boden des Grabens 502 abgeschieden. Teile 604 von supraleitendem Material 402 werden wie in 3 gezeigte Leitungen 306 bilden. 6 illustrates another step of an exemplary manufacturing process for vertical vacuum gap q capacitors according to an embodiment of the present invention. The walls and bottom of the trench 502 are made with superconducting material 402 lined. For example, using a suitable deposition process, a layer 602 of superconducting material 402 as shown on the walls and bottom of the trench 502 deposited. Parts 604 of superconducting material 402 be like in 3rd shown lines 306 form.

Erneut wird Nb als das supraleitende Material verwendet, wobei ein Sputterverfahren zum Abscheiden verwendet werden kann. Die Abscheidung von Nb auf diese Weise kann eine nachfolgende subtraktive Ätzung von Nb zum Definieren des Nb um die Gräben und andere supraleitende Schaltungen auf dem Chip überflüssig machen. Bei einem alternativen Verfahren wird Titannitrid (TiN) durch ALD (Atomschichtabscheidung), die konform ist, abgeschieden und bedeckt daher alle Oberflächen in der gleichen Menge. TiN kann allein oder in Verbindung mit Nb verwendet werden. Again, Nb is used as the superconducting material, and a sputtering method can be used for the deposition. The deposition of Nb in this manner can eliminate the need for subsequent subtractive etching of Nb to define the Nb around the trenches and other superconducting circuits on the chip. In an alternative method, titanium nitride (TiN) is deposited by conformal ALD (atomic layer deposition) and therefore covers all surfaces in the same amount. TiN can be used alone or in combination with Nb.

In der Praxis wird die Tiefätzung des Grabens 502 geneigte Wände hinter dem Graben 502 zurücklassen, die bei dem Abscheidungsschritt, der die Schicht 602 bildet, mit gesputtertem Nb als Schicht 602 bedeckt werden. Da die Wände aber geneigt sind, wird die Enddicke der Nb-Schicht 602 an den Wänden des Grabens 502 dünn sein, sofern nicht ausreichend Material abgeschieden wird. Eine Lösung zum Einstellen der Dicke des Nb der Schicht 602 ist die Durchführung von gewinkeltem Aufdampfen aus mehr als einer Richtung zum Beschichten der geneigten Wände des Grabens 502. Eine weitere Lösung ist der Einsatz von ALD zum konformen Abscheiden von TiN mit der gleichen Dicke auf alle Oberflächen des Grabens 502.In practice the deep etching of the trench 502 sloping walls behind the ditch 502 leave that at the deposition step that the layer 602 forms, with sputtered Nb as a layer 602 be covered. However, since the walls are inclined, the final thickness of the Nb layer becomes 602 on the walls of the trench 502 be thin unless sufficient material is deposited. A solution for adjusting the thickness of the Nb of the layer 602 is performing angled evaporation from more than one direction to coat the inclined walls of the trench 502 . Another solution is the use of ALD for the conformal deposition of TiN with the same thickness on all surfaces of the trench 502 .

7 stellt einen weiteren Schritt eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Supraleitendes Material 402 wird von dem Boden des Grabens 502 entfernt. Beispielsweise wird unter Verwendung eines geeigneten Strukturierungs- und Ätzverfahrens der Bodenteil der Schicht 602 von supraleitendem Material 402 entfernt, um den Boden 702 des Grabens 502 wie gezeigt freizulegen. Durch den Boden 702 werden die verbleibenden Wandteile 602 elektrisch entkoppelt. Beispielsweise bildet ein Wandteil A von 602 eine Platte eines vertikalen q-Kondensators (Platte A), der Wandteil B von 602 bildet eine weitere Platte des vertikalen q-Kondensators (Platte B), die Platte A ist mit der Leitung A 604 des vertikalen q-Kondensators verbunden und die Platte B ist mit der Leitung B 604 des vertikalen q-Kondensators verbunden. Das Vakuum in dem Graben 502 zwischen den Platten A und B bildet den Spalt. Es ist zu beachten, dass das Vakuum in dem Graben 502 kein perfektes Vakuum sein muss, aber zu einem Grad erzeugt werden kann, der für eine gegebene Implementierung ausreichend und geeignet ist. Damit ist der vertikale q-Kondensator 700 mit einem Vakuumspalt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet. 7 illustrates another step of an exemplary manufacturing process for vertical vacuum gap q capacitors according to an embodiment of the present invention. Superconducting material 402 is from the bottom of the trench 502 away. For example, using a suitable structuring and etching process, the bottom part of the layer 602 of superconducting material 402 removed to the floor 702 of the trench 502 to expose as shown. Through the floor 702 the remaining wall parts 602 electrically decoupled. For example, forms a wall part A from 602 a plate of a vertical q-capacitor (plate A ), the wall part B from 602 forms another plate of the vertical q-capacitor (plate B ), the plate A is with the line A 604 connected to the vertical q capacitor and the plate B is with the line B 604 of the vertical q capacitor. The vacuum in the trench 502 between the plates A and B forms the gap. It should be noted that the vacuum in the trench 502 does not have to be a perfect vacuum, but can be created to a degree that is sufficient and suitable for a given implementation. This is the vertical q capacitor 700 formed with a vacuum gap according to an embodiment of the present invention.

8 stellt einen alternativen Schritt eines alternativen beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Supraleitendes Material 402 wird unter Verwendung eines anderen Verfahrens als bei der Strukturierung und Ätzung von 7 von dem Boden des Grabens 502 entfernt. 8th FIG. 4 illustrates an alternative step of an alternative exemplary manufacturing method for vertical vacuum gap q capacitors according to an embodiment of the present invention. Superconducting material 402 is used using a different method than the structuring and etching of 7 from the bottom of the trench 502 away.

Bei diesem alternativen Schritt wird nach dem Abscheiden von supraleitendem Material 402 in dem Graben 502 zum Bilden der Schicht 602 Material einer optischen Planarisierungsschicht (OPL) 802 über dem supraleitenden Material 402 abgeschieden, wobei auch der Graben 502 mit der OPL 802 gefüllt wird. Über der OPL 802 wird eine Schicht 804 aus einem geeigneten Photoresistmaterial oder ein Stapel, der ein derartiges Material enthält, gebildet.This alternative step is done after the deposition of superconducting material 402 in the ditch 502 to form the layer 602 Optical planarization layer (OPL) material 802 over the superconducting material 402 deposited, including the trench 502 with the OPL 802 is filled. About the OPL 802 becomes a shift 804 formed from a suitable photoresist material or a stack containing such a material.

9 stellt einen weiteren Schritt des alternativen beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Graben 902 wird wie gezeigt durch den Resist 804 und die OPL 802 gebildet. Bei einem beispielhaften Herstellungsverfahren kann der Graben 902 durch Strukturieren und Wegätzen der Materialien von dem Ort des Grabens 902 gebildet werden, einschließlich Entfernen der OPL 802 von zwischen den Wandteilen der Schicht 602 und bis zu dem Bodenteil der Schicht 602, während die Schicht 602 im Wesentlichen unberührt bleibt. 9 illustrates another step of the alternative exemplary manufacturing process for vertical vacuum gap q capacitors according to an embodiment of the present invention. The trench 902 is shown by the resist 804 and the OPL 802 educated. In an exemplary manufacturing process, the trench can be 902 by structuring and etching away the materials from the site of the trench 902 formed, including removing the OPL 802 from between the wall parts of the layer 602 and down to the bottom part of the layer 602 while the shift 602 remains essentially unaffected.

10 stellt einen weiteren Schritt des alternativen Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Supraleitendes Material 402 wird von dem Boden des Grabens 902 entfernt. Beispielsweise wird unter Verwendung eines geeigneten Ätzverfahrens der Bodenteil der Schicht 602 von supraleitendem Material 402 entfernt, um den Boden 1002 des Grabens 502 wie gezeigt freizulegen. Durch den Boden 1002 werden die verbleibenden Wandteile A und B von 602 elektrisch entkoppelt. Der Wandteil A von 602 bildet eine Platte eines vertikalen q-Kondensators (Platte A), der Wandteil B von 602 bildet eine weitere Platte des vertikalen q-Kondensators (Platte B). Das Vakuum in dem Graben 502 zwischen den Platten A und B bildet den Spalt. 10th illustrates another step of the alternative manufacturing process for vertical vacuum gap q capacitors according to an embodiment of the present invention. Superconducting material 402 is from the bottom of the trench 902 away. For example, using a suitable etching process, the bottom part of the layer 602 of superconducting material 402 removed to the floor 1002 of the trench 502 to expose as shown. Through the floor 1002 the remaining wall parts A and B from 602 electrically decoupled. The wall part A from 602 forms a plate of a vertical q-capacitor (plate A ), the wall part B from 602 forms another plate of the vertical q-capacitor (plate B ). The vacuum in the trench 502 between the plates A and B forms the gap.

11 stellt einen weiteren Schritt des alternativen Herstellungsverfahrens für vertikale Vakuumspalt-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Verbleibendes Resistmaterial 804 und verbleibendes OPL-Material 802 werden von supraleitendem Material 402 entfernt, wobei Leitungen 604 gebildet werden. Die Platte A 602 ist mit der Leitung A 604 des vertikalen q-Kondensators verbunden und die Platte B 602 ist mit der Leitung B 604 des vertikalen q-Kondensators verbunden. Damit ist der vertikale q-Kondensator 1100 mit einem Vakuumspalt gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet. 11 illustrates another step of the alternative manufacturing process for vertical vacuum gap q capacitors according to an embodiment of the present invention. Remaining resist material 804 and remaining OPL material 802 are made of superconducting material 402 removed, taking lines 604 be formed. The plate A 602 is with the line A 604 connected to the vertical q capacitor and the plate B 602 is with the line B 604 of the vertical q capacitor. This is the vertical q capacitor 1100 formed with a vacuum gap according to a further embodiment of the present invention.

12 stellt einen Schritt eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Diese Figur stellt eine Weise der Herstellung eines vertikalen q-Kondensators 302 dar, bei dem Silicium des Substrats zu einer dielektrischen Struktur zwischen den Platten des vertikalen q-Kondensators gestaltet wird. 12th FIG. 4 illustrates one step of an exemplary vertical silicon dielectric q capacitor manufacturing method according to an embodiment of the present invention. This figure illustrates one way of manufacturing a vertical q capacitor 302 in which silicon of the substrate is formed into a dielectric structure between the plates of the vertical q-capacitor.

Durch das supraleitende Material 402 und das Substrat 400 werden, wie gezeigt, Gräben 1202 und 1204 gebildet. Bei einem beispielhaften Herstellungsverfahren können die Gräben 1202 und 1204 durch Strukturieren und Wegätzen der Materialien von den Orten der Gräben 1202 und 1204 bis zu den vorgesehenen Tiefen der Gräben 1202 und 1204 gebildet werden.Thanks to the superconducting material 402 and the substrate 400 become trenches as shown 1202 and 1204 educated. In an exemplary manufacturing process, the trenches can 1202 and 1204 by structuring and etching away the materials from the locations of the trenches 1202 and 1204 to the intended depths of the trenches 1202 and 1204 be formed.

13 stellt einen weiteren Schritt eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Wände und Böden der Gräben 1202 und 1204 werden mit supraleitendem Material 402 ausgekleidet. Beispielsweise werden unter Verwendung eines geeigneten Abscheidungsverfahrens - z.B. Sputtern für Nb oder ALD für TiN - Schichten 1302 und 1304 von supraleitendem Material 402 wie gezeigt an den Wänden und Böden der Gräben 1202 bzw. 1204 abgeschieden. Somit wird die Struktur 1306 aus dem Substratmaterial 400 gebildet und wie gezeigt sandwichartig zwischen zwei Schichten von supraleitendem Material 402 eingeschlossen. Teile 604 von supraleitendem Material 402 werden wie in 3 gezeigte Leitungen 306 bilden. 13 illustrates another step of an exemplary manufacturing process for vertical silicon dielectric q capacitors according to an embodiment of the present invention. The walls and floors of the trenches 1202 and 1204 are made with superconducting material 402 lined. For example, using a suitable deposition process - for example sputtering for Nb or ALD for TiN layers 1302 and 1304 of superconducting material 402 as shown on the walls and floors of the trenches 1202 or. 1204 deposited. Thus the structure 1306 from the substrate material 400 formed and sandwiched between two layers of superconducting material as shown 402 locked in. Parts 604 of superconducting material 402 be like in 3rd shown lines 306 form.

14 stellt einen weiteren Schritt eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Von der Oberseite der sandwichartigen Substratmaterialstruktur 1306 wird supraleitendes Material 402 entfernt. Beispielsweise wird unter Verwendung eines geeigneten Strukturierungs- und Ätzverfahrens der Teil von supraleitendem Material 402 entfernt, der direkt über der Struktur 1306 angeordnet ist, um die Oberseite 1402 der Struktur 1306 wie gezeigt freizulegen. 14 FIG. 4 illustrates another step of an exemplary vertical silicon dielectric q capacitor manufacturing process in accordance with an embodiment of the present invention. From the top of the sandwich substrate structure 1306 becomes superconducting material 402 away. For example, using a suitable patterning and etching process, the part of superconducting material 402 removed that just above the structure 1306 is arranged to the top 1402 the structure 1306 to expose as shown.

Diese Ätzung benötigt insbesondere keine Tiefätzung, da nur das supraleitende Material geätzt werden muss. Dieses Ätzverfahren könnte beispielsweise eine reaktive Ionenätzung auf Chlorbasis sein. Wie bei dem vorhergehenden Beispiel kann die OPL erforderlich sein, da die Strukturierung der Öffnung über den tiefen Gräben aufgrund der unebenen Konturen mit gewöhnlichem Resist unmöglich sein kann.In particular, this etching does not require deep etching since only the superconducting material has to be etched. This etching process could, for example, be a reactive ion etching based on chlorine. As with the previous example, the OPL may be required because the patterning of the opening above the deep trenches may not be possible with ordinary resist due to the uneven contours.

Durch die Oberseite 1402 werden die verbleibenden Wandteile der Schichten 1302 und 1304 elektrisch entkoppelt. Beispielsweise bildet der Wandteil A der Schicht 1302 eine Platte eines vertikalen q-Kondensators (Platte A), der Wandteil B von 1304 bildet eine weitere Platte eines vertikalen q-Kondensators (Platte B), die Platte A ist mit der Leitung A 604 des vertikalen q-Kondensators verbunden und die Platte B ist mit der Leitung B 604 des vertikalen q-Kondensators verbunden. Das Substratmaterial 400 der Struktur 1306 zwischen den Platten A und B bildet das Dielektrikum. Damit ist der vertikale q-Kondensator 1400 mit Siliciumdielektrikum gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet.Through the top 1402 become the remaining wall parts of the layers 1302 and 1304 electrically decoupled. For example, the wall part forms A the layer 1302 a plate of a vertical q-capacitor (plate A ), the wall part B from 1304 forms another plate of a vertical q-capacitor (plate B ), the plate A is with the line A 604 connected to the vertical q capacitor and the plate B is with the line B 604 of the vertical q capacitor. The substrate material 400 the structure 1306 between the plates A and B forms the dielectric. This is the vertical q capacitor 1400 formed with silicon dielectric according to an embodiment of the present invention.

Das Substratmaterial 400 wird in der Struktur 1306 nur als beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Aus der vorliegenden Beschreibung wird der Fachmann andere dielektrische Materialien verwenden können, die mit den Anforderungen an einen niedrigen Mikrowellenverlust von supraleitenden Quanteneinheiten vereinbar und dafür geeignet sind, um auf ähnliche Weise und in ähnlichen Gestaltungen eine Struktur 1306 zu bilden, wobei die erhaltenen vertikalen q-Kondensatoren mit unterschiedlichen Dielektrika als in dem Umfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden.The substrate material 400 is in the structure 1306 used only as an exemplary embodiment of the present invention. From the present description, those skilled in the art will be able to use other dielectric materials which are compatible with the low microwave loss requirements of superconducting quantum units and are suitable for structuring in a similar manner and in similar configurations 1306 to form, the vertical q-capacitors obtained having different dielectrics being considered to be within the scope of the present invention.

15 stellt einen alternativen Schritt eines alternativen beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Supraleitendes Material 402 wird unter Verwendung eines anderen Verfahrens als bei der Strukturierung und Ätzung von 14 von der Oberseite der Struktur 1306 entfernt. 15 FIG. 4 illustrates an alternative step of an alternative exemplary manufacturing method for vertical silicon dielectric q capacitors according to an embodiment of the present invention. Superconducting material 402 is used using a different method than the structuring and etching of 14 from the top of the structure 1306 away.

Bei diesem alternativen Schritt wird nach dem Abscheiden von supraleitendem Material 402 in den Gräben 1202 und 1204 zum Bilden der Schichten 1302 bzw. 1304 OPL-Material 1502 über dem supraleitenden Material 402 abgeschieden, wobei auch die Gräben 1202 und 1204 mit der OPL 1502 gefüllt werden. Über der OPL 1502 wird eine Schicht 1504 aus einem geeigneten Photoresistmaterial oder ein Stapel, der ein derartiges Material enthält, gebildet.This alternative step is done after the deposition of superconducting material 402 in the trenches 1202 and 1204 to form the layers 1302 or. 1304 OPL material 1502 over the superconducting material 402 deposited, including the trenches 1202 and 1204 with the OPL 1502 be filled. About the OPL 1502 becomes a shift 1504 formed from a suitable photoresist material or a stack containing such a material.

16 stellt einen weiteren Schritt des alternativen beispielhaften Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Graben 1602 wird wie gezeigt durch den Resist 1504 und die OPL 1502 gebildet. Bei einem beispielhaften Herstellungsverfahren kann der Graben 1602 durch Strukturieren und Wegätzen der Materialien von dem Ort des Grabens 1602 gebildet werden, einschließlich des Entfernens der OPL 1502 von über dem Teil 1604 von supraleitendem Material 402, das während des Abscheidens der Schichten 1302 und 1304 abgeschieden wurde, und bis zu der Oberseite des Teils 1604, um diese freizulegen. 16 FIG. 11 illustrates another step of the alternative exemplary manufacturing method for vertical silicon dielectric q capacitors according to an embodiment of the present invention. The trench 1602 is shown by the resist 1504 and the OPL 1502 educated. In an exemplary manufacturing process, the trench can be 1602 by structuring and etching away the materials from the site of the trench 1602 formed, including removing the OPL 1502 from over the part 1604 of superconducting material 402 that during the deposition of the layers 1302 and 1304 was deposited, and up to the top of the part 1604 to expose them.

17 stellt einen weiteren Schritt des alternativen Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Teil 1604 wird von dem Graben 1602 entfernt. Beispielsweise wird unter Verwendung eines geeigneten Strukturierungs- und Ätzverfahrens der Teil 1604 von supraleitendem Material 402 entfernt, um Substratmaterial 400 der Struktur 1306 wie gezeigt freizulegen. Durch die Oberseite 1702 der Struktur 1306 werden die verbleibenden Wandteile 1302 A und 1304 B elektrisch entkoppelt. Der Wandteil A von 1302 bildet eine Platte eines vertikalen q-Kondensators (Platte A), der Wandteil B von 1304 bildet eine weitere Platte des vertikalen q-Kondensators (Platte B). Das Substratmaterial 400 der Struktur 1306 zwischen den Platten A und B bildet das Dielektrikum. 17th illustrates another step of the alternative manufacturing process for vertical silicon dielectric q capacitors according to an embodiment of the present invention 1604 is from the ditch 1602 away. For example, using a suitable patterning and etching process, the part 1604 of superconducting material 402 removed to substrate material 400 the structure 1306 to expose as shown. Through the top 1702 the structure 1306 the remaining wall parts 1302 A and 1304 B electrically decoupled. The wall part A from 1302 forms a plate of a vertical q-capacitor (plate A ), the wall part B from 1304 forms another plate of the vertical q-capacitor (plate B ). The substrate material 400 the structure 1306 between the plates A and B forms the dielectric.

18 stellt einen weiteren Schritt des alternativen Herstellungsverfahrens für vertikale Siliciumdielektrikum-q-Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Verbleibendes Resistmaterial 1504 und verbleibendes OPL-Material 1502 werden von der Oberseite des supraleitenden Materials 402 entfernt, wobei Leitungen 604 gebildet werden. Die Platte A 1302 ist mit der Leitung A 604 des vertikalen q-Kondensators verbunden und die Platte B 1304 ist mit der Leitung B 604 des vertikalen q-Kondensators verbunden. Damit ist der vertikale q-Kondensator 1800 mit Siliciumdielektrikum gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet. 18th illustrates another step in the alternative manufacturing process for vertical silicon dielectric q capacitors according to an embodiment of the present invention. Remaining resist material 1504 and remaining OPL material 1502 are from the top of the superconducting material 402 removed, taking lines 604 be formed. The plate A 1302 is with the line A 604 connected to the vertical q capacitor and the plate B 1304 is with the line B 604 of the vertical q capacitor. This is the vertical q capacitor 1800 formed with silicon dielectric according to a further embodiment of the present invention.

Das Substratmaterial 400 wird in der Struktur 1306 nur als beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Aus der vorliegenden Beschreibung wird der Fachmann andere dielektrische Materialien verwenden können, die mit den Anforderungen an einen niedrigen Mikrowellenverlust von supraleitenden Quanteneinheiten vereinbar und dafür geeignet sind, um auf ähnliche Weise und in ähnlichen Gestaltungen eine Struktur 1306 zu bilden, wobei die erhaltenen vertikalen q-Kondensatoren mit unterschiedlichen Dielektrika als in dem Umfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werdenThe substrate material 400 is in the structure 1306 used only as an exemplary embodiment of the present invention. From the present description, those skilled in the art will be able to use other dielectric materials which are compatible with the low microwave loss requirements of superconducting quantum units and are suitable for structuring in a similar manner and in similar configurations 1306 to form, the vertical q-capacitors obtained having different dielectrics being considered to be within the scope of the present invention

Bei ähnlichen Kapazitätswerten nimmt ein vertikaler Vakuumspalt-q-Kondensator, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Spalthöhe von nur 5 Mikrometer (die Tiefe des Grabens) hergestellt ist, nur etwa dreißig Prozent der Oberfläche auf einem Qubit-Chip im Vergleich zu einem planaren Qubit-Kondensator im Stand der Technik ein. Bei ähnlichen Kapazitätswerten nimmt ein vertikaler Siliciumdielektrikum-q-Kondensator, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Spalthöhe von nur 25 Mikrometer (die Höhe der Siliciumdielektrikumstruktur) hergestellt ist, nur etwa siebeneinhalb Prozent der Oberfläche auf einem Qubit-Chip im Vergleich zu einem planaren Qubit-Kondensator im Stand der Technik ein.At similar capacitance values, a vertical vacuum gap q capacitor made in accordance with an embodiment of the present invention with a gap height of only 5 microns (the depth of the trench) takes up only about thirty percent of the surface on a qubit chip compared to one planar qubit capacitor in the prior art. At similar capacitance values, a vertical silicon dielectric q capacitor made in accordance with an embodiment of the present invention with a gap height of only 25 microns (the height of the silicon dielectric structure) takes up only about seven and a half percent of the surface area on a qubit chip compared to one planar qubit capacitor in the prior art.

Claims (17)

Vertikaler q-Kondensator, aufweisend: einen Graben durch eine Schicht von supraleitendem Material, wobei der Graben eine Tiefe in einem Substrat erreicht, wobei die Tiefe im Wesentlichen senkrecht auf eine Fertigungsebene des Substrats ist; ein supraleitendes Material, das in dem Graben abgeschieden ist, wobei das abgeschiedene supraleitende Material eine erste Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer ersten Oberfläche des Grabens, eine zweite Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer zweiten Oberfläche des Grabens und eine dritte Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer dritten Oberfläche des Grabens bildet, wobei die zweite Oberfläche im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche ist und die dritte Oberfläche in dem Graben die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche trennt; ein dielektrisches Material unter der dritten Dünnschicht, wobei das dielektrische Material durch Ätzen der dritten Dünnschicht freigelegt ist; eine erste Kopplung zwischen der ersten Dünnschicht und einem ersten Kontakt in einer supraleitenden Quantenlogikschaltung; und eine zweite Kopplung zwischen der zweiten Dünnschicht und einem zweiten Kontakt in der supraleitenden Quantenlogikschaltung, wobei die erste Kopplung und die zweite Kopplung bewirken, dass die erste Dünnschicht und die zweite Dünnschicht als vertikaler q-Kondensator wirken, der die Integrität von Daten in der supraleitenden Quantenlogikschaltung innerhalb eines Schwellenwerts aufrechthält.Vertical q-capacitor, comprising: a trench through a layer of superconducting material, the trench reaching a depth in a substrate, the depth being substantially perpendicular to a manufacturing plane of the substrate; a superconducting material deposited in the trench, the deposited superconducting material a first thin layer of the superconducting material on a first surface of the trench, a second thin layer of the superconducting material on a second surface of the trench and a third thin layer of the superconducting material on one forming the third surface of the trench, the second surface being substantially parallel to the first surface and the third surface in the trench separating the first surface and the second surface; a dielectric material under the third thin film, the dielectric material being exposed by etching the third thin film; a first coupling between the first thin film and a first contact in a superconducting quantum logic circuit; and a second coupling between the second thin film and a second contact in the superconducting quantum logic circuit, the first coupling and the second coupling causing the first thin film and the second thin film to act as a vertical q-capacitor, which ensures the integrity of data in the superconducting quantum logic circuit maintains within a threshold. Vertikaler q-Kondensator nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Leerraum zwischen der ersten Oberfläche des Grabens und der zweiten Oberfläche des Grabens, wobei der Leerraum von Vakuum eingenommen wird, wobei die dritte Oberfläche eine Bodenfläche des Grabens ist und wobei das Vakuum einen Spalt zwischen der ersten Dünnschicht und der zweiten Dünnschicht bildet.Vertical q capacitor after Claim 1 further comprising: a void between the first surface of the trench and the second surface of the trench, the void being occupied by vacuum, the third surface being a bottom surface of the trench, and the vacuum being a gap between the first thin film and the second thin film forms. Vertikaler q-Kondensator nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Struktur aus einem zweiten dielektrischen Material, wobei der Graben einen ersten Graben und einen zweiten Graben aufweist, wobei die Tiefe des Grabens eine erste Tiefe des ersten Grabens ist und eine zweite Tiefe des zweiten Grabens im Wesentlichen parallel zu der ersten Tiefe des ersten Grabens ist, wobei die Struktur zwischen dem ersten Graben und dem zweiten Graben gebildet ist, wobei die erste Oberfläche des Grabens eine Oberfläche des ersten Grabens, die von der Struktur gebildet wird, aufweist, wobei die zweite Oberfläche des Grabens eine Oberfläche des zweiten Grabens, die von der Struktur gebildet wird, aufweist, und wobei die dritte Oberfläche des Grabens eine Oberfläche der Struktur aufweist, die die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche trennt.Vertical q capacitor after Claim 1 further comprising: a structure of a second dielectric material, the trench having a first trench and a second trench, the depth of the trench being a first depth of the first trench and one the second depth of the second trench is substantially parallel to the first depth of the first trench, the structure being formed between the first trench and the second trench, the first surface of the trench being a surface of the first trench which is formed by the structure, wherein the second surface of the trench has a surface of the second trench formed by the structure, and wherein the third surface of the trench has a surface of the structure that separates the first surface and the second surface. Vertikaler q-Kondensator nach Anspruch 3, wobei das zweite dielektrische Material der Struktur ein Material des Substrats aufweist.Vertical q capacitor after Claim 3 , wherein the second dielectric material of the structure comprises a material of the substrate. Vertikaler q-Kondensator nach Anspruch 3, ferner aufweisend: das zweite dielektrische Material über der Fertigungsebene des Substrats abgeschieden, wobei das supraleitende Material über dem zweiten dielektrischen Material abgeschieden ist, wobei die erste Tiefe und die zweite Tiefe in dem zweiten dielektrischen Material enden, ohne das Substrat zu erreichen.Vertical q capacitor after Claim 3 further comprising: the second dielectric material deposited over the fabrication plane of the substrate, the superconducting material deposited over the second dielectric material, the first depth and the second depth ending in the second dielectric material without reaching the substrate. Vertikaler q-Kondensator nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine erste Kopplung, die unter Verwendung des supraleitenden Materials gebildet ist, zwischen der ersten Dünnschicht und dem ersten Kontakt; und eine zweite Kopplung, die unter Verwendung des supraleitenden Materials gebildet ist, zwischen der zweiten Dünnschicht und dem zweiten Kontakt.Vertical q capacitor after Claim 1 further comprising: a first coupling formed using the superconducting material between the first thin film and the first contact; and a second coupling formed using the superconducting material between the second thin film and the second contact. Vertikaler q-Kondensator nach Anspruch 1, ferner aufweisend: das supraleitende Material auf dem Substrat abgeschieden.Vertical q capacitor after Claim 1 , further comprising: the superconducting material deposited on the substrate. Vertikaler q-Kondensator nach Anspruch 1, wobei das supraleitende Material Niob (Nb) ist und das Substrat Silicium (Si) mit hohem spezifischem Widerstand aufweist.Vertical q capacitor after Claim 1 wherein the superconducting material is niobium (Nb) and the substrate has silicon (Si) with high resistivity. Verfahren, aufweisend: bei der Herstellung eines vertikalen q-Kondensators Bilden eines Grabens durch eine Schicht von supraleitendem Material, wobei der Graben eine Tiefe in einem Substrat erreicht, wobei die Tiefe im Wesentlichen senkrecht auf eine Fertigungsebene des Substrats ist; Abscheiden eines supraleitenden Materials in dem Graben, wobei das Abscheiden bewirkt, dass eine erste Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer ersten Oberfläche des Grabens abgeschieden wird, eine zweite Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer zweiten Oberfläche des Grabens abgeschieden wird und eine dritte Dünnschicht des supraleitenden Materials auf einer dritten Oberfläche des Grabens abgeschieden wird, wobei die zweite Oberfläche im Wesentlichen parallel zu der ersten Oberfläche ist und die dritte Oberfläche in dem Graben die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche trennt; Ätzen der dritten Dünnschicht, um ein dielektrisches Material unter der dritten Dünnschicht freizulegen; und Koppeln der ersten Dünnschicht an einen ersten Kontakt in einer supraleitenden Quantenlogikschaltung und der zweiten Dünnschicht an einen zweiten Kontakt in der supraleitenden Quantenlogikschaltung, wobei die Kopplung bewirkt, dass die erste Dünnschicht und die zweite Dünnschicht als vertikaler q-Kondensator wirken, der die Integrität von Daten in der supraleitenden Quantenlogikschaltung innerhalb eines Schwellenwerts aufrechthält.Process, comprising: in producing a vertical q-capacitor, forming a trench through a layer of superconducting material, the trench reaching a depth in a substrate, the depth being substantially perpendicular to a manufacturing plane of the substrate; Depositing a superconducting material in the trench, the depositing causing a first thin layer of the superconducting material to be deposited on a first surface of the trench, a second thin layer of the superconducting material being deposited on a second surface of the trench and a third thin layer of the superconducting material is deposited on a third surface of the trench, the second surface being substantially parallel to the first surface and the third surface in the trench separating the first surface and the second surface; Etching the third thin film to expose a dielectric material under the third thin film; and Coupling the first thin film to a first contact in a superconducting quantum logic circuit and the second thin film to a second contact in the superconducting quantum logic circuit, the coupling causing the first thin film and the second thin film to act as a vertical q-capacitor, which ensures the integrity of data in the superconducting quantum logic circuit within a threshold. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: als Teil des Bildens des Grabens Erzeugen eines Leerraums zwischen der ersten Oberfläche des Grabens und der zweiten Oberfläche des Grabens, wobei der Leerraum von Vakuum eingenommen wird und wobei die dritte Oberfläche eine Bodenfläche des Grabens ist; und Verwenden des Vakuums als Spalt zwischen der ersten Dünnschicht und der zweiten Dünnschicht.Procedure according to Claim 9 further comprising: as part of forming the trench, creating a void between the first surface of the trench and the second surface of the trench, the void being occupied by vacuum, and the third surface being a bottom surface of the trench; and using the vacuum as a gap between the first thin film and the second thin film. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: als Teil des Bildens des Grabens Erzeugen einer Struktur aus einem zweiten dielektrischen Material, wobei der Graben einen ersten Graben und einen zweiten Graben aufweist, wobei die Tiefe des Grabens eine erste Tiefe des ersten Grabens ist und eine zweite Tiefe des zweiten Grabens im Wesentlichen parallel zu der ersten Tiefe des ersten Grabens ist, wobei die Struktur zwischen dem ersten Graben und dem zweiten Graben gebildet wird, wobei die erste Oberfläche des Grabens eine Oberfläche des ersten Grabens, die von der Struktur gebildet wird, aufweist, wobei die zweite Oberfläche des Grabens eine Oberfläche des zweiten Grabens, die von der Struktur gebildet wird, aufweist, und wobei die dritte Oberfläche des Grabens eine Oberfläche der Struktur aufweist, die die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche trennt.Procedure according to Claim 9 further comprising: as part of forming the trench, forming a structure from a second dielectric material, the trench having a first trench and a second trench, the depth of the trench being a first depth of the first trench and a second depth of the second trench is substantially parallel to the first depth of the first trench, the structure being formed between the first trench and the second trench, the first surface of the trench having a surface of the first trench formed by the structure, the second The surface of the trench has a surface of the second trench that is formed by the structure, and wherein the third surface of the trench has a surface of the structure that separates the first surface and the second surface. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das zweite dielektrische Material der Struktur ein Material des Substrats aufweist.Procedure according to Claim 11 , wherein the second dielectric material of the structure comprises a material of the substrate. Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend: Abscheiden des zweiten dielektrischen Materials über der Fertigungsebene des Substrats; und Abscheiden des supraleitenden Materials über dem zweiten dielektrischen Material, wobei die erste Tiefe und die zweite Tiefe in dem zweiten dielektrischen Material enden, ohne das Substrat zu erreichen.Procedure according to Claim 11 further comprising: depositing the second dielectric material over the fabrication plane of the substrate; and depositing the superconducting material over the second dielectric material, the first Depth and the second depth in the second dielectric material end without reaching the substrate. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: unter Verwendung des supraleitenden Materials Bilden einer ersten Kopplung zwischen der ersten Dünnschicht und dem ersten Kontakt; und unter Verwendung des supraleitenden Materials Bilden einer zweiten Kopplung zwischen der zweiten Dünnschicht und dem zweiten Kontakt.Procedure according to Claim 9 further comprising: using the superconducting material forming a first coupling between the first thin film and the first contact; and forming a second coupling between the second thin film and the second contact using the superconducting material. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: Abscheiden des supraleitenden Materials auf dem Substrat.Procedure according to Claim 9 , further comprising: depositing the superconducting material on the substrate. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das supraleitende Material Niob (Nb) ist und das Substrat Silicium (Si) mit hohem spezifischem Widerstand aufweist.Procedure according to Claim 9 wherein the superconducting material is niobium (Nb) and the substrate has silicon (Si) with high resistivity. Halbleiterherstellungssystem, aufweisend eine Lithographiekomponente, wobei das Halbleiterherstellungssystem, wenn zur Herstellung einer Halbleitereinheit betrieben, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16 durchführt.Semiconductor manufacturing system, comprising a lithography component, wherein the semiconductor manufacturing system, when operated to manufacture a semiconductor unit, a method according to one of the Claims 9 to 16 carries out.
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